CN112709985A - 一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置 - Google Patents

Abstract

一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，包括分别布置在燃煤电站锅炉前墙以及后墙两侧的贴壁风喷口，前墙以及后墙两侧的贴壁风喷口之间均设置有燃烧器，燃烧器包括与贴壁风喷口相邻的最外侧燃烧器以及其它若干个中间区域燃烧器；最外侧燃烧器的一次风管内设置有百叶窗式煤粉浓缩器，最外侧燃烧器的一次风喷口划分为浓煤粉喷口和淡煤粉喷口，沿锅炉的宽度方向靠近中间区域燃烧器的一侧为浓煤粉喷口，靠近锅炉的左侧墙或右侧墙的一侧为淡煤粉喷口，最外侧燃烧器的煤粉管道由一次风管水平高度方向引入，通过弯头与一次风管相连；浓煤粉喷口和淡煤粉喷口上通过独立设置的风门挡板能够进行配风调节。本发明能够明显改善侧墙水冷壁贴壁气氛。

Description

一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置

技术领域

本发明属于燃煤电站锅炉领域，涉及一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置。

背景技术

前后墙对冲燃烧锅炉的燃烧器布置在锅炉的前墙、后墙上，其左侧墙、右侧墙中间区域容易发生高温腐蚀问题，高温腐蚀区域标高从最下层燃烧器标高至燃尽风燃烧器标高位置。如某350MW超临界机组高度介于B、C层燃烧器之间区域的左/右侧墙螺旋管圈水冷壁存在高温腐蚀问题，水冷壁壁厚减薄最严重的部位最低侧厚约1.2mm左右，不足原始壁厚的1/5；某660MW超临界机组两侧墙下层燃烧器至上层燃烧器标高范围存在高温腐蚀问题，水冷壁测厚发现最薄处壁厚为5.7mm(原设计壁厚为7.5mm)，水冷壁管上腐蚀产物层与水冷壁结合不牢固，用外力可轻易去除，腐蚀产物脱落后水冷壁外壁呈现暗黑色。某1000MW超超临界机组停炉检修发现两侧墙水冷壁管壁厚减薄最高达到约2mm，更换管材599根共2000m。

高温腐蚀的发生主要与燃煤硫含量较高，侧墙水冷壁附近还原性气氛较强，烟气及煤粉气流的冲蚀等因素有关。为解决前后墙对冲燃烧锅炉两侧墙水冷壁高温腐蚀问题，国内锅炉制造厂家、科研院所等提出了主动防护、被动防护的解决方案。主动防护的目的是通过增大最外侧燃烧器与侧墙之间的距离、控制入炉煤硫分、燃烧优化调整试验、贴壁风改造等方式改善两侧墙水冷壁贴壁还原性气氛；被动防护主要是在两侧墙水冷壁高温腐蚀区域实施抗腐蚀喷涂防护。燃烧优化调整试验工作包括煤粉细度调整、燃烧器二次风优化。煤粉细度控制低时煤粉着火和燃烧及时，可以防止未燃尽的煤粉在侧墙处继续燃烧，消耗侧墙处氧量，导致侧墙水冷壁处还原性气氛增强；燃烧器二次风优化主要是开大最外侧的燃烧器外二次风开度，这样最外侧燃烧器外二次风量增大、旋流强度减弱，可以改善侧墙水冷壁贴壁气氛。

然而，现有技术在实施的过程中还存在很多问题，主要包括：水冷壁防腐喷涂保护受喷涂工艺、喷涂材料影响较大，且每隔2～3年需重新实施喷涂；受制于煤炭市场变化与燃煤电站经营压力，掺烧高硫煤比例较大；为了满足磨煤机出力及机组带负荷能力，煤粉细度不能控制偏细；最外侧燃烧器外二次风开度最大，旋流强度减弱造成卷吸高温烟气能力下降，不利于煤粉的着火稳燃；增设的贴壁风喷口易存在结渣烧损，失去贴壁风效果。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中对冲燃烧锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀问题，提供一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，保证煤粉稳燃的前提下，降低两侧墙区域壁面热负荷、改善两侧墙水冷壁贴壁气氛，进而有效的避免水冷壁高温腐蚀。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，包括分别布置在燃煤电站锅炉前墙以及后墙两侧的贴壁风喷口，前墙以及后墙两侧的贴壁风喷口之间均设置有燃烧器，燃烧器包括与贴壁风喷口相邻的最外侧燃烧器以及其它若干个中间区域燃烧器；最外侧燃烧器的一次风管内设有百叶窗式煤粉浓缩器，最外侧燃烧器的一次风喷口划分为浓煤粉喷口和淡煤粉喷口，沿锅炉的宽度方向靠近中间区域燃烧器的一侧为浓煤粉喷口，靠近锅炉的左侧墙或右侧墙的一侧为淡煤粉喷口，最外侧燃烧器的煤粉管道由一次风管水平高度方向引入，通过弯头与一次风管相连；浓煤粉喷口和淡煤粉喷口上通过独立设置的风门挡板能够进行配风调节。

优选的，所述的最外侧燃烧器为旋流燃烧器，燃烧器配风由一次风、内二次风、浓侧外二次风、淡侧外二次风组成；旋流燃烧器的浓侧外二次风道、淡侧外二次风道为半圆环形风道，由外二次风道隔板相隔；最外侧燃烧器的喷口由内向外分别为一次风喷口、内二次风喷口、外二次风喷口；所述的一次风喷口为圆形喷口，喷口内设置有中隔板，中隔板将一次风喷口竖直分隔为半圆形的浓煤粉喷口和淡煤粉喷口；最外侧燃烧器的内二次风、浓侧外二次风、淡侧外二次风的风源取自风箱；最外侧燃烧器的内二次风道内设置有固定式旋流器，最外侧燃烧器的内二次风旋流强度不可调；最外侧燃烧器的燃烧器面板上设置有内二次风调整杆，通过内二次风调整杆沿燃烧器轴向位移，能够调节内二次风量的大小。

优选的，所述的浓侧外二次风道与浓煤粉喷口同侧，浓侧外二次风量及其旋流强度通过最外侧燃烧器上切向布置的浓侧叶轮式风门挡板进行调节，在燃烧器面板上设置有浓侧外二次风操纵杆，调节浓侧外二次风门操纵杆的偏转角度，带动浓侧叶轮式风门挡板旋转，改变其旋转角度，以同时调整浓侧外二次风量和浓侧外二次风旋流强度。

优选的，所述的淡侧外二次风道与淡煤粉喷口同侧，淡侧外二次风量及其旋流强度通过最外侧燃烧器上切向布置的淡侧叶轮式风门挡板进行调节，燃烧器面板上设置有淡侧外二次风操纵杆，调节淡侧外二次风门操纵杆的偏转角度带动淡侧叶轮式风门挡板旋转，改变其旋转角度，以同时调整淡侧外二次风量和淡侧外二次风旋流强度。

优选的，所述的百叶窗式煤粉浓缩器包括由浓缩器壳体与中隔板相连而形成的腔体，以及百叶窗式设置在腔体内的浓缩叶片。

优选的，所述的中间区域燃烧器为旋流燃烧器，燃烧器配风由一次风、中心风、内二次风、外二次风组成，内二次风道、外二次风道为同心环形通道，中间区域燃烧器的煤粉管道自一次风管的正下方接入，中心风、内二次风、外二次风的风源取自风箱；中间区域燃烧器的内二次风道内设置有固定式旋流器，中间区域燃烧器的内二次风旋流强度不可调；中间区域燃烧器的燃烧器面板上设置有内二次风调整杆，通过内二次风调整杆沿燃烧器轴向位移，能够调节内二次风量的大小。

优选的，所述中间区域燃烧器的外二次风的风量及其旋流强度通过燃烧器上切向布置的整体叶轮式风门挡板进行调节，中间区域燃烧器的燃烧器面板上设置有外二次风操纵杆；通过调节外二次风门操纵杆的偏转角度，带动整体叶轮式风门挡板旋转，改变其旋转角度，以同时调整外二次风量和外二次风旋流强度。

优选的，所述的贴壁风喷口为圆形喷口，贴壁风为直流风，其风源取自热一次风母管。

相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：区别于传统旋流燃烧器煤粉喷口径向方向上的煤粉浓度偏差，本发明通过弯头水平引入煤粉、增设百叶窗式煤粉浓缩器，并且将前后墙对冲燃烧锅炉最外侧燃烧器煤粉喷口射流水平方向分隔为浓煤粉气流和淡煤粉气流，并单独设置浓、淡煤粉气流的风门挡板进行配风调节，使得在不降低燃烧器热负荷、不影响煤粉着火稳定的基础上，降低了锅炉侧墙水冷壁煤粉冲刷的影响，降低了侧墙处燃烧热负荷，有利于改善侧墙水冷壁贴壁气氛。最外侧燃烧器煤粉喷口水平浓淡分离结合直流射流贴壁风，可以明显改善侧墙水冷壁贴壁气氛，解决对冲燃烧锅炉侧墙水冷壁高温腐蚀问题。

附图说明

图1本发明最外侧燃烧器的结构示意图；

图2本发明中间区域燃烧器的结构示意图；

图3本发明侧墙水冷壁贴壁保护装置的布置结构示意图；

图4本发明最外侧燃烧器的喷口结构示意图；

附图中：1-前墙，2-后墙，3-最外侧燃烧器，4-中间区域燃烧器，5-一次风管，6-百叶窗式煤粉浓缩器，7-一次风喷口，8-浓煤粉喷口，9-淡煤粉喷口，10-左侧墙，11-右侧墙，12-煤粉管道，13-弯头，14-贴壁风喷口，15-浓侧外二次风道，16-淡侧外二次风道，17-外二次风道隔板，18-内二次风喷口、19-外二次风喷口，20-中隔板，21-风箱，22-浓缩器壳体，23-浓缩叶片，24-浓侧叶轮式风门挡板，25-浓侧外二次风门操纵杆，26-淡侧叶轮式风门挡板，27-淡侧外二次风操纵杆，28-内二次风道，29-外二次风道，30-固定式旋流器，31-燃烧器面板，32-内二次风调整杆，33-整体叶轮式风门挡板，34-外二次风门操纵杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

针对前后墙对冲燃烧锅炉的水冷壁高温腐蚀问题，本发明提出基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，包括分别布置在燃煤电站锅炉前墙1以及后墙2两侧的贴壁风喷口14，前墙1以及后墙2两侧的贴壁风喷口14之间均设置有燃烧器，燃烧器包括与贴壁风喷口14相邻的最外侧燃烧器3以及布置在最外侧燃烧器3之间的若干个中间区域燃烧器4。

参见图2，本发明的中间区域燃烧器4将燃烧用空气分为一次风、中心风、内二次风、外二次风。一次风携带煤粉颗粒组成煤粉气流，从中间区域燃烧器4的一次风管5正下方的煤粉管道12依次进入燃烧器一次风管5、一次风喷口7。中心风、内二次风、外二次风取自风箱21，中心风通过圆形的中心风道进入炉膛；内二次风、外二次风通过燃烧器内同心的内二次风、外二次风环形通道进入炉膛。内二次风、外二次风为轴向旋流风，在近燃烧器区形成环形回流，将高温烟气带回近燃烧器区，加热一次风，点燃煤粉，保持火焰稳定性。

参见图1，图4，最外侧燃烧器3将燃烧用空气分为一次风、内二次风、浓侧外二次风、淡侧外二次风。一次风携带煤粉颗粒组成煤粉气流，流经最外侧燃烧器3对应煤粉管道12、一次风管5(含百叶窗式煤粉浓缩器6)、一次风喷口7进入炉膛进行燃烧。煤粉气流从最外侧燃烧器3对应煤粉管道12进入一次风管5。由于最外侧燃烧器3对应煤粉管道12由一次风管5的水平高度引入，并设置有90°的弯头13进行水平连接，煤粉气流在经过弯头13后，绝大多数的煤粉颗粒在离心力作用集中到管外侧壁区域，形成浓淡偏差，经此弯头13后煤粉气流分成浓煤粉气流和淡煤粉气流，其中靠近弯头外壁处为浓煤粉气流，靠近弯头内壁处为淡煤粉气流。最外侧燃烧器3的一次风管5内设置有百叶窗式煤粉浓缩器6，浓煤粉气流、淡煤粉气流流经百叶窗式煤粉浓缩器6，在浓缩叶片23、浓侧叶轮式风门挡板24、中隔板20的作用下，形成稳定的水平浓淡两股煤粉气流，其中沿锅炉宽度方向靠近中间区域燃烧器4为浓煤粉气流，靠近锅炉侧墙为淡煤粉气流。浓煤粉气流、淡煤粉气流分别通过浓煤粉喷口8、淡煤粉喷口9进入炉膛。最外侧燃烧器3的内二次风、浓侧外二次风、淡侧外二次风取自风箱21，浓侧外二次风道、淡侧外二次风道为半圆环形风道，由外二次风道隔板17相隔。浓/淡侧外二次风与浓/淡煤粉喷口同侧，浓/淡侧外二次风量及其旋流强度通过燃烧器上切向布置的浓/淡侧叶轮式风门挡板进行调节，燃烧器面板上设置有浓/淡侧外二次风操纵杆。通过调节浓/淡侧外二次风门操纵杆的偏转角度，带动叶轮式风门挡板旋转，改变其旋转角度，以同时调整浓/淡侧外二次风量和浓/淡侧外二次风旋流强度。浓/淡外二次风操纵杆的偏转角度关小时，可减小浓/淡外二次风量、增加浓/淡外二次风旋流强度；浓/淡外二次风操纵杆偏转角度开大时，可增加浓/淡外二次风量、减小浓/淡外二次风旋流强度。

参见图3，对冲燃烧锅炉煤粉燃烧器布置在锅炉的前墙1和后墙2上，煤粉气流对冲燃烧，锅炉左侧墙10、右侧墙11的水冷壁中间区域受煤粉燃烧器煤粉气流的冲刷、贴壁处还原性气氛的影响，导致该区域水冷壁高温腐蚀问题较严重。为解决侧墙水冷壁高温腐蚀，需降低侧墙处燃烧热负荷，并增加侧墙贴壁处氧量。本发明将前墙1、后墙2的最外侧燃烧器3煤粉喷口改为水平浓淡分离的煤粉喷口，其中靠近左侧墙10、右侧墙11为淡煤粉喷口，可降低侧墙区域燃烧热负荷，改善侧墙水冷壁贴壁气氛，结合直流射流贴壁风，杜绝了侧墙水冷壁煤粉冲刷、改善了侧墙水冷壁贴壁气氛；在最外侧燃烧器3与侧墙之间布置有贴壁风喷口14，贴壁风喷口14为直筒型的圆形喷口，由热一次风母管的热风经贴壁风喷口14进入炉膛，在侧墙水冷壁处形成保护膜。最外侧通过最外侧燃烧器3的煤粉喷口水平浓淡分离、以及增设贴壁风，通过二者共同作用可从根源上解决侧墙水冷壁高温腐蚀问题。

最外侧燃烧器3的一次风喷口7由中隔板20分隔为浓煤粉喷口8、淡煤粉喷口9，浓煤粉气流、淡煤粉气流分别通过浓煤粉喷口8、淡煤粉喷口9进入炉膛进行燃烧。浓煤粉气流中煤粉浓度较高，所需的着火热少，析出的挥发物浓度大，有利于煤粉的着火和稳燃；淡煤粉气流煤粉浓度较低，空气量较多。由于淡煤粉喷口9靠近锅炉的侧墙，故一方面降低了侧墙水冷壁受煤粉冲刷的影响，另一方面降低侧墙处燃烧热负荷。

浓煤粉喷口8、淡煤粉喷口9为半圆形喷口，浓侧外二次风道15、淡侧外二次风道16为半圆环形风道，浓侧外二次风道15与浓煤粉喷口8同侧，淡侧外二次风道16与淡煤粉喷口9同侧，浓煤粉喷口8、淡煤粉喷口9分别配置有浓侧外二次风操纵杆25、淡侧外二次风操纵杆27。浓淡煤粉气流配置不同的外二次风量、外二次风旋流强度，有利于浓、淡两股煤粉气流合理地配风燃烧。最外侧燃烧器3为水平浓淡分离型燃烧器，浓煤粉气流和淡煤粉气流中煤粉浓度偏差较大，故针对煤粉浓度的偏差，外二次风旋流强度可以单独进行调节。浓煤粉喷口8喷出的煤粉气流中煤粉浓度较高，其对应的外二次风旋流强度较大，卷吸高温烟气能力增强，有利于浓煤粉气流的着火、燃烧；淡煤粉喷口9喷出的煤粉气流中煤粉浓度较低，其对应的外二次风旋流强度较小，外二次风量较大，有利于降低侧墙区域燃烧热负荷，增加侧墙区域处氧量。进一步的，煤粉气流的浓淡分离是靠煤粉管道上的弯头13、安装于一次风管5中的百叶窗式煤粉浓缩器6来实现的，并使浓淡两股气流从水平方向喷入炉膛，浓煤粉气流从远离侧墙一侧喷入炉膛，淡煤粉气流从靠近侧墙一侧喷入炉膛。

以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：包括分别布置在燃煤电站锅炉前墙(1)以及后墙(2)两侧的贴壁风喷口(14)，前墙(1)以及后墙(2)两侧的贴壁风喷口(14)之间均设置有燃烧器，燃烧器包括与贴壁风喷口(14)相邻的最外侧燃烧器(3)以及其它若干个中间区域燃烧器(4)；最外侧燃烧器(3)的一次风管(5)内设置有百叶窗式煤粉浓缩器(6)，最外侧燃烧器(3)的一次风喷口(7)划分为浓煤粉喷口(8)和淡煤粉喷口(9)，沿锅炉的宽度方向靠近中间区域燃烧器(4)的一侧为浓煤粉喷口(8)，靠近锅炉的左侧墙(10)或右侧墙(11)的一侧为淡煤粉喷口(9)，最外侧燃烧器(3)的煤粉管道(12)由一次风管(5)水平高度方向引入，通过弯头(13)与一次风管(5)相连；浓煤粉喷口(8)和淡煤粉喷口(9)上通过独立设置的风门挡板能够进行配风调节。

2.根据权利要求1所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：所述的最外侧燃烧器(3)为旋流燃烧器，燃烧器配风由一次风、内二次风、浓侧外二次风、淡侧外二次风组成；旋流燃烧器的浓侧外二次风道(15)、淡侧外二次风道(16)为半圆环形风道，由外二次风道隔板(17)相隔；最外侧燃烧器(3)的喷口由内向外分别为一次风喷口(7)、内二次风喷口(18)、外二次风喷口(19)；所述的一次风喷口(7)为圆形喷口，喷口内设置有中隔板(20)，中隔板(20)将一次风喷口(7)竖直分隔为半圆形的浓煤粉喷口(8)和淡煤粉喷口(9)；最外侧燃烧器(3)的内二次风、浓侧外二次风、淡侧外二次风的风源取自风箱(21)；最外侧燃烧器(3)的内二次风道(28)内设有固定式旋流器(30)，最外侧燃烧器(3)的内二次风旋流强度不可调；最外侧燃烧器(3)的燃烧器面板(31)上设置有内二次风调整杆(32)，通过内二次风调整杆(32)沿燃烧器轴向位移，能够调节内二次风量的大小。

3.根据权利要求2所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：浓侧外二次风道(15)与浓煤粉喷口(8)同侧，浓侧外二次风量及其旋流强度通过最外侧燃烧器(3)上切向布置的浓侧叶轮式风门挡板(24)进行调节，在燃烧器面板上设置有浓侧外二次风操纵杆(25)，调节浓侧外二次风门操纵杆(25)的偏转角度，带动浓侧叶轮式风门挡板(24)旋转，改变其旋转角度，以同时调整浓侧外二次风量和浓侧外二次风旋流强度。

4.根据权利要求2所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：淡侧外二次风道(16)与淡煤粉喷口(9)同侧，淡侧外二次风量及其旋流强度通过最外侧燃烧器(3)上切向布置的淡侧叶轮式风门挡板(26)进行调节，燃烧器面板(31)上设置有淡侧外二次风操纵杆(27)，调节淡侧外二次风门操纵杆(27)的偏转角度带动淡侧叶轮式风门挡板(26)旋转，改变其旋转角度，以同时调整淡侧外二次风量和淡侧外二次风旋流强度。

5.根据权利要求1所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：

所述的百叶窗式煤粉浓缩器(6)包括由浓缩器壳体(22)与中隔板(20)相连而形成的腔体，以及百叶窗式设置在腔体内的浓缩叶片(23)。

6.根据权利要求1所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：中间区域燃烧器(4)为旋流燃烧器，燃烧器配风由一次风、中心风、内二次风、外二次风组成，内二次风道(28)、外二次风道(29)为同心环形通道，中间区域燃烧器(4)的煤粉管道(12)自一次风管(5)的正下方接入，中心风、内二次风、外二次风的风源取自风箱(21)；中间区域燃烧器(4)的内二次风道(28)内设置有固定式旋流器(30)，中间区域燃烧器(4)的内二次风旋流强度不可调；中间区域燃烧器(4)的燃烧器面板(31)上设置有内二次风调整杆(32)，通过内二次风调整杆(32)沿燃烧器轴向位移，能够调节内二次风量的大小。

7.根据权利要求6所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：

所述中间区域燃烧器(4)的外二次风的风量及其旋流强度通过燃烧器上切向布置的整体叶轮式风门挡板(33)进行调节，中间区域燃烧器(4)的燃烧器面板(31)上设置有外二次风操纵杆(34)；通过调节外二次风门操纵杆(34)的偏转角度，带动整体叶轮式风门挡板(33)旋转，改变其旋转角度，以同时调整外二次风量和外二次风旋流强度。

8.根据权利要求1所述基于水平浓淡分离的侧墙水冷壁贴壁保护装置，其特征在于：所述的贴壁风喷口(14)为圆形喷口，贴壁风为直流风，其风源取自热一次风母管。

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